Патент тесла трансформатор

Рубрики Статьи

Патент тесла трансформатор

  1. Главная
  2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 2003119537/06, 19.06.2003

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
19.06.2003

(45) Опубликовано: 10.09.2004

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: GB 695495 А, 12.08.1953. RU 2157036 С1, 27.09.2000. DE 3840315 С1, 08.03.1990. DE 3544869 А1, 26.03.1987. DE 3544870 А1, 19.06.1987. SU 1836763 A3, 23.08.1993. GB 2007760 А, 23.05.1979. US 4677960 А, 07.07.1987. GB 1400446 А, 16.07.1975.

Адрес для переписки:
190048, Санкт-Петербург, В.О. 10 линия, 51, кв.40, А.Г. Зайцеву

(73) Патентообладатель(и):
Зайцев Андрей Георгиевич (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ

Изобретение относится к искровым разрядникам, в частности к устройствам для воспламенения горючих смесей в двигателях внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности создания устройства для воспламенения горючих смесей, которое могло бы управляться при помощи широко распространенных контроллеров для двухискровых катушек зажигания, давало бы разрядный импульс с передним фронтом в единицы наносекунд, продолжительностью десятки наносекунд и плоской вершиной, было надежным, долговечным, простым по конструкции и дешевым в массовом производстве. Согласно изобретению устройство для воспламенения горючих смесей представляет собой источник высоковольтных разрядных импульсов, содержащий накопитель, разряжаемый непосредственно через искровые промежутки двух свечей зажигания. В качестве источника высоковольтных разрядных импульсов применен резонансный импульсный трансформатор с индуктивно связанными контурами (трансформатор Тесла), а в качестве накопителя — коаксиальная накопительная линия, центральный проводник которой разделен разрывом по середине. В разрыв включены концы высоковольтной катушки вторичного контура трансформатора Тесла. Концы центрального проводника накопительной линии подключены к искровым промежуткам двух свечей зажигания. Катушки резонансного трансформатора с индуктивно связанными контурами применены в качестве бесконтактного соединителя для подключения накопительной линии к источнику импульсного разрядного напряжения. При этом катушка вторичного контура выполнена в виде штекера и смонтирована нацело с накопительной линией в точке разрыва центрального проводника, а катушка первичного контура оформлена в виде гнезда на корпусе коммутатора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к искровым разрядникам, в частности касается устройств для воспламенения горючих смесей в двигателях внутреннего сгорания.

Широко известны устройства для воспламенения горючих смесей, состоящие из свечи зажигания, подключенной к источнику высоковольтного импульсного напряжения, вырабатываемого с помощью индуктивного накопителя, совмещенного с высоковольтным трансформатором (катушки зажигания), или емкостного накопителя в виде конденсатора, разряжаемого через первичную обмотку высоковольтного трансформатора (чаще всего ту же катушку зажигания).

В этих устройствах возникает проблема эффективной передачи топливу энергии искрового разряда. Ее пытались решать увеличением энергии искрового разряда, удлиняя существование разряда в обычной свече вплоть до 30 ПКВ, или путем создания специальных плазменных воспламенителей (т.н. плазменное зажигание). Но задача создания достаточно надежных и долговечных плазменных воспламенителей еще не решена, а дополнительная энергия удлиненного искрового разряда расходуется в основном на увеличение эрозии электродов свечи и разогрев продуктов горения топлива. Кроме того, увеличение энергии искрового разряда требует увеличения подавительных резисторов (или распределенного сопротивления высоковольтных проводов), что поглощает прибавку энергии.

Известны также устройства для воспламенения горючих смесей, где при неизменной энергии увеличивают мощность искрового разряда за счет сокращения его длительности вплоть до наносекундного диапазона. Это достигается путем подключения емкости параллельно искровому промежутку. Эффективность таких систем обуславливается тем, что тепловыделение в искре пропорционально квадрату тока и линейно пропорционально времени и сопротивлению. Поскольку с ростом тока сопротивление искры уменьшается нелинейно, путем сокращения длительности разрядного импульса до наносекундного диапазона, т.е. в сотни раз, тепловыделение может быть увеличено в десять и более раз при неизменной энергии разрядного импульса.

Предложено много вариантов как самих таких устройств, так и конструкций высоковольтных конденсаторов для них. Например, в изобретении по патенту Германии №3544869, МПК Н 01 Т 13/44, опубл. 26.03.1987, высоковольтный трансформатор и конденсатор смонтированы нацело со свечой зажигания, а в изобретении по патенту Германии №3544870, МПК Н 01 Т 13/04, опубл. 19.06.1987, с наконечником свечи. Предложены конденсаторы, надеваемые на свечу зажигания (см. патент СССР №1836763, МПК Н 01 Т 13/04, опубл. 23.08.1993), и конденсаторы, являющиеся частью конструкции самих свечей (см. патент Германии №2810159, МПК Н 01 Т 15/02, опубл. 13.09.1979, и патент Великобритании №2007760, МПК Н 01 Т 13/40, опубл. 23.05.1979). Также известно устройство с высоковольтным трансформатором, обмотки которого представляют собой распределенную емкость (см. патент РФ № 2157036, МПК Н 01 Т 13/44, опубл. 27.09.2000). В устройствах этого типа индуктивность разрядного контура должна быть минимальной, следовательно, применение высоковольтных проводов и распределителя сводит на нет все их преимущества, поэтому все эти устройства либо монтируются на свече зажигания, либо объединены с ней конструктивно и требуют специальных, сложных контроллеров для управления искрообразованием в многоцилиндровых двигателях, что сдерживает их практическое применение. Кроме того, при разряде конденсатора через искровой промежуток и минимизированной индуктивности разрядного контура образуется импульс с острой вершиной длительностью в несколько наносекунд. В этом случае амплитудное значение тока ограничивается нелинейным сопротивлением искрового промежутка, и действующее значение тока не превышает 50-60% от максимально возможного. Для решения этого противоречия необходим разрядный импульс с коротким (несколько наносекунд) передним фронтом, плоской вершиной и длительностью в несколько десятков наносекунд.

Применение и расчет накопительных линий в сочетании с искровыми промежутками хорошо известно и описано в книге Г.А. Месяц, А.С. Насибов, В.В. Кремнев “Формирование наносекундных импульсов высокого напряжения”, Москва, “Энергия”, 1970 г. Разница с заявляемым устройством состоит в том, что использовались несимметричные линии с заземленным экраном, которые подключались к искровым промежуткам последовательно с нагрузкой и служили или для коммутации, или как обострители переднего фронта импульсов, при этом линии могли быть заряжены до максимального напряжения, обеспечиваемого схемой. При параллельном включении линий и искровых промежутков линии, как, впрочем, и конденсаторы, не могут быть заряжены до напряжения выше пробойного, а оно в системах зажигания ДВС выбирается примерно вдвое ниже максимального, обеспечиваемого схемой с целью получения высокой надежности воспламенения.

Предлагалось также использовать обычную, несимметричную коаксиальную линию, внешний проводник которой имел разрыв посередине, в него было вставлено кольцо из диэлектрика (см. патент Германии №3840315, МПК F 02 P 15/00, опубл. 08.03.1990). Предполагалось, что в такой резонансной системе с распределенными параметрами энергия разрядного импульса преобразуется в затухающие СВЧ колебания, которые должны возбудить высокочастотный разряд.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано изобретение по патенту Великобритании №695495, опубл. 12.08.1953, согласно которому система искрового зажигания для двигателя внутреннего сгорания представляет собой источник высоковольтных разрядных импульсов, являющийся резонансным импульсным трансформатором с индуктивно связанными контурами (трансформатор Тесла) и содержащий накопитель, разряжаемый непосредственно через искровой промежуток.

Целью данного изобретения было создать такое устройство для воспламенения горючих смесей, которое, имея все преимущества устройств с конденсатором, подключенным параллельно искровому промежутку, могло бы управляться при помощи широко распространенных контроллеров для двухискровых катушек зажигания, давало бы разрядный импульс с передним фронтом в единицы наносекунд, продолжительностью десятки наносекунд и плоской вершиной, было не менее надежно и долговечно, чем производимые в настоящее время, содержало только известные, проверенные практикой элементы и было просто по конструкции и дешево в массовом производстве.

Поставленная задача решена тем, что устройство для воспламенения горючих смесей представляет собой источник высоковольтных разрядных импульсов, являющийся резонансным импульсным трансформатором с индуктивно связанными контурами (трансформатор Тесла) и содержащий накопитель, разряжаемый непосредственно через искровой промежуток. При этом согласно изобретению в качестве накопителя применена накопительная линия, например коаксиальная. Ее центральный проводник разделен разрывом по середине, а в разрыв включены концы высоковольтной катушки вторичного контура трансформатора Тесла. Концы центрального проводника накопительной линии подключены к искровым промежуткам двух свечей зажигания. Катушки резонансного трансформатора с индуктивно связанными контурами применены в качестве бесконтактного соединителя для подключения накопительной линии к источнику импульсного разрядного напряжения. При этом катушка вторичного контура выполнена в виде штекера и смонтирована нацело с накопительной линией в точке разрыва центрального проводника, а катушка первичного контура оформлена в виде гнезда на корпусе коммутатора.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:

Фиг.1 — принципиальная схема устройства для воспламенения горючих смесей;

Фиг.2 — схема системы зажигания четырехцилиндрового двигателя, выполненной согласно заявленному изобретению;

Фиг.3 — конструктивное оформление катушек трансформатора;

Фиг.4 — разрез штекера высоковольтной катушки вторичного контура;

Фиг.5 — фотография общего вида устройства;

Фиг.6 — фотография единичных искровых разрядов.

Согласно изобретению устройство (Фиг.1) представляет собой резонансный импульсный трансформатор с индуктивно связанными контурами (трансформатор Тесла), состоящий из C1, L1, L2 и симметричной накопительной линии Л1, разделенной средним разрывом центрального проводника на два симметричных плеча, подключенной разрывом к высоковольтной катушке вторичного контура, а концами — к искровым промежуткам 2 -х свечей зажигания. Это дает возможность получить разрядный импульс с коротким (в несколько наносекунд) передним фронтом, как при разряде конденсатора, и в месте с тем, подбирая погонную емкость и индуктивность линии, можно получить длительность импульса до десятков и сотен наносекунд с плоской вершиной, т.е. большую часть времени разряда ток в канале остается неизменным, при этом действующее значение тока может достигать 100 и более ампер. Однако за промежуток времени в несколько десятков наносекунд дуга сформироваться не успевает и эрозии электродов свечи не происходит. Поскольку коаксиальная накопительная линия симметрична, то, несмотря на столь большой ток, радиопомехи практически отсутствуют, и подавительные резисторы оказываются ненужными, что способствует более полному использованию энергии искрового разряда. Именно возможность поддержания столь большого тока в течение нескольких десятков наносекунд и является основным преимуществом предлагаемого устройства. Разряд происходит с характерным хлопком, что говорит о значительном местном повышении давления и взрывном характере процесса. Выпускаемые в настоящее время промышленностью системы зажигания с двухискровыми катушками легко могут быть приспособлены для работы с предлагаемым устройством.

Читайте так же:  Штраф за всесезонную резину

Применение резонансного трансформатора с индуктивно связанными контурами (трансформатора Тесла) дает возможность не только повысить надежность, упростить и удешевить конструкцию, но главное сократить время заряда накопительной линии, поскольку катушки трансформатора Тесла имеют значительно меньшую индуктивность по сравнению с обмотками обычных импульсных трансформаторов на магнитных сердечниках. Сокращение времени заряда с нескольких микросекунд до долей микросекунды позволяет получить перенапряжение на электродах разрядника 10-30% и таким образом увеличить энергию, запасенную в емкости, на 20-70%. Кроме того, линия, разряжаясь за время в несколько десятков наносекунд при постоянном токе, получает возможность “подзаряжаться” в процессе разряда от высоковольтной катушки, удлиняя плоскую вершину импульса на 10-20 наносекунд и увеличивая теплоотдачу искрового разряда еще на 20-30%. На Фиг.2 представлена конденсаторная (тиристорная) система зажигания четырехцилиндрового двигателя, накопительный конденсатор С1 которой служит первичной емкостью для двух трансформаторов Тесла. Таким образом, контроллер должен управлять двумя тиристорами, аналогично управлению двумя обычными двухискровыми катушками зажигания.

Высоковольтная катушка трансформатора Тесла имеет обычно от нескольких десятков до нескольких сотен витков, намотанных в один слой. Такая намотка надежнее многослойной, т.к. исключает внутренние замыкания, связанные с пробоем межслойной изоляции. Кроме того, такая катушка удобно помещается коаксиально внутри катушки первичного контура, что обеспечивает хорошую индуктивную связь между ними. Размеры таких катушек 30-40 мм в длину и 15-20 мм в диаметре, что позволяют свободно расположить их внутри корпуса коммутатора. Если в корпусе стационарно установить только катушку первичного контура (Фиг.3), оформленную как гнездо 1, то высоковольтную катушку вторичного контура, выполненную в виде штекера 2, можно легко вставлять и вынимать и таким образом использовать ее для бесконтактного подключения и отключения накопительных линий. Накопительную линию в виде 2 -х отрезков коаксиального кабеля 3, зачищают с одного конца на 20-30 мм от внешней оплетки, вставляют в приготовленные отверстия внутри каркаса катушки вдоль ее оси, соединяют центральные проводники 5 с концами катушки 6, выведенными в эти отверстия, и герметично запрессовывают нацело с катушкой в изоляционный материал в виде штекера (Фиг.4). Внешние оплетки 4 кабелей 3 соединяют между собой. Таким образом, высоковольтная катушка, объединенная с накопительной линией, становится единым высоковольтным аппаратом зажигания, который имеет контактное соединение только в месте присоединения к свечам зажигания. Такая конструкция высоковольтной части системы зажигания делает ее не только очень надежной ввиду герметичности и отсутствия многочисленных контактных соединений, но и легко заменяемой. При этом первичный контур надежно помещается в корпусе коммутатора и тоже хорошо защищен.

Предлагаемое устройство увеличивает тепловыделение при искровом разряде за счет увеличения кпд искры с единиц до нескольких десятков процентов. Непосредственное подключение накопительной линии к свечам зажигания и, как следствие, отсутствие высоковольтных проводов и распределителя, снижает уровень радиопомех и позволяет отказаться от применения подавительных резисторов.

Был построен и опробован упрощенный вариант устройства с целью проверки работоспособности. Общий вид устройства приведен на фотографии (Фиг.5); оно состоит из блока зажигания с трансформатором Тесла, накопительной симметричной линии и двух разрядников, к которым подключены концы линии. В качестве одного из разрядников использовалась обычная свеча зажигания, а второй разрядник имел регулируемый промежуток от 0 до 6 мм.

Устройство вырабатывает искры яркого бело-голубого свечения, сопровождающиеся характерными хлопками и запахом озона. На фотографии (Фиг.6) приведены единичные искровые разряды с энергией разрядного импульса 60 мДж при десятикратном увеличении: искровой разряд обычной конденсаторной системы зажигания (Фиг.6а) длительностью 5-10 мкс и разряд накопительной линии (Фиг.6б) длительностью 50-100 нс. На фотографиях хорошо видна разница в объеме и яркости разряда. Практическая проверка проводилась на автомобиле УАЗ-452 с классической системой зажигания, устройство содержало накопительную линию, подключенную к обычному распределителю и далее обычными проводами к свечам зажигания, подавительные резисторы были удалены. Такое упрощение было вполне допустимо, поскольку испытания проводились на действующем автомобиле в реальных дорожных условиях, и замерялось очень ограниченное число параметров. Никаких изменений и переделок двигателя не производилось. Регулировался только угол опережения зажигания в пределах октан-корректора и обеднение горючей смеси на холостом ходу. Были получены следующие результаты:

1. Максимальная скорость возросла со 107 км/ч до 118 км/ч.

2. Время разгона до 100 км/ч сократилось с 40 с до 34 с.

3. Содержание СО уменьшилось 0,15% до 0,05%.

Особо следует отметить, что при изменении опережения зажигания во всем пределе регулирования никаких видимых изменений скоростных и разгонных характеристик автомобиля не наблюдалось, только при максимальных опережениях появлялась небольшая детонация; при обеднении смеси холостого хода стабильная работа двигателя сохранялась вплоть до предела регулирования. Это указывает на отсутствие задержки воспламенения и мгновенное образование объемного очага горения. Таким образом, решается основное техническое противоречие воспламенения горючих смесей в двигателях Отто, а именно противоречие между объемным характером горения и точечным характером воспламенения.

Применяемые элементы, такие как высоковольтные коаксиальные кабели и трансформаторы Тесла давно и хорошо известны, накоплен большой опыт в их конструировании, производстве и эксплуатации. Это позволяет рассчитывать на создание надежных, долговечных и дешевых систем зажигания ДВС и на быстрое их внедрение в коммерческий оборот.

1. Устройство для воспламенения горючих смесей, представляющее собой источник высоковольтных разрядных импульсов, являющийся резонансным импульсным трансформатором с индуктивно связанными контурами (трансформатор Тесла) и содержащий накопитель, разряжаемый непосредственно через искровой промежуток, отличающееся тем, что в качестве накопителя применена накопительная линия, например коаксиальная, при этом ее центральный проводник разделен разрывом по середине, в разрыв включены концы высоковольтной катушки вторичного контура трансформатора Тесла, а концы центрального проводника накопительной линии подключены к искровым промежуткам двух свечей зажигания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катушки резонансного трансформатора с индуктивно связанными контурами применены в качестве бесконтактного соединителя для подключения накопительной линии к источнику импульсного разрядного напряжения, при этом катушка вторичного контура выполнена в виде штекера и смонтирована нацело с накопительной линией в точке разрыва центрального проводника, а катушка первичного контура оформлена в виде гнезда на корпусе коммутатора.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.06.2005

Патент тесла трансформатор

Сегодня мы рассмотрим один из ранних патентов Николы Тесла, — плоскую бифилярную (в два провода) катушку для создания, как указано в названии патента, мощных электромагнитов.

Патент этот я выбрал по нескольким причинам. Очень многие, не понимая сути изобретения, часто бросают реплику «попробуй использовать бифилярки Теслы, — получишь хороший прирост КПД в своих устройствах». Причём, люди эти, даже отдалённо не предполагают, почему, собственно, такой способ намотки, вдруг, делает катушку более эффективной. Ведь, если приглядеться, то становится понятно, что ток направлен всегда в одну сторону (например, по часовой стрелке) во всех витках, — и чётных, относящихся к одной намотке, и не чётных, относящихся ко второй. то есть, точно так же, как и в плоской катушке с намоткой в один провод. И магнитное поле, возникающее в любом произвольном витке, точно так же мешает движению зарядов (тока) в следующем витке, как это происходит и в простой катушке. Более того, индуктивные бифилярки Теслы часто путают с неиндуктивными бифилярками Купера, в которых ток в произвольно выбранных двух соседних витках течёт в разных направлениях (и которые, по сути, являются статическими усилителями мощности и рождают ряд аномалий, в том числе и антигравитационные эффекты). Тогда же рождается параллельный вопрос, — если намотка в два провода улучшает параметры катушки, то почему бы ни намотать в три, четыре. провода, т.е. сделать трифилярную, квадрофилярную и т.д. катушку, и не увеличить этот положительный эффект ?

Отгадка приходит, как ни странно, с русским переводом самого патента. Всё дело в разнице потенциалов в двух соседних витках. Тесла подробно исследовал процесс индукции и самоиндукции, а так же потери, возникающие в катушках. Он выяснил, что если очень сильно повысить ёмкость катушки, то для данной частоты тока, понижается сопротивление в витках и эффект самоиндукции стремительно падает. Подробнее об этих соотношениях читайте в патенте.

Здесь на рисунке : верхняя кривая, — это величина, запасаемой энергии в бифилярной катушке Теслы, а нижняя кривая, — величина энергии в обычной плоской катушке, намотанной в один провод (опыт проведён в условиях резонанса).

Также многие не догадываются, что катушка эта разрабатывалась Теслой исключительно для условий резонанса (последовательный LС-контур, резонанс напряжений), и в обычном виде он её не использовал (точнее — использовал, но об этом, как нибудь в другой раз). В резонансе на концах индуктивности (катушки) появляется потенциал гораздо более мощный, чем внешний управляющий сигнал контура (подаваемое напряжение). Но снять напрямую его от туда нельзя. При подключении нагрузки соотношение L и C резонансного контура нарушается (уменьшается индуктивность) и система выходит из резонанса. Сам Тесла (в свой ранний творческий период) и не ставил такой цели. Поэтому, название патента очень хорошо отражает суть изобретения.

Читайте так же:  Бланк заявление нового образца на загранпаспорт бланк 2019

В более поздний период Тесла, конечно же, возжелал отобрать эту колоссальную, появляющуюся в катушке мощность (энергию свободных вибраций). Здесь нам на руку играет тот факт, что катушка индуктивная. Т.е. её можно использовать в качестве одной из обмоток трансформатора. Если сделать трансформатор с асимметричной взаимоиндукцией первичной и вторичной обмотки, то можно на вторичную повесить нагрузку и наслаждаться халявой. Если нагрузка имеет статический характер (например, лампочка), то всё на порядок упрощается, — в этом случае, даже трансформатор не обязателен. Главное — всё точно рассчитать. А теперь, собственно, сам патент :

Тому, кого это может касаться.

Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин США, проживающий в Нью-Йорке изобрёл полезное усовершенствование в катушках для электромагнитов и других аппаратов, которое ниже описано в сопровождении рисунков. В электромеханических аппаратах и системах переменного тока самоиндукционные катушки или проводники могут во многих случаях работать с потерями, что известно, как промышленная эффективность, и что приносит вред в различных аспектах. Эффект самоиндукции упомянутый выше, может быть нейтрализован ёмкостью тока определённой степени в соответствии с самоиндуктивностью и частотой тока. Это достигается использованием конденсаторов, собранных и применяемых как отдельный инструмент.

Моё это изобретение имеет целью изготовить катушки совершенными и избежать вовлечение конденсаторов, которые дорогие, громоздкие и труднорегулируемые. Я заявляю, что в термин «катушка» я включаю понятия соленоиды или любые проводники различные части которых находятся во взаимоотношениях друг с другом и фактически повышают самоиндукцию.

Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL : здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий.

В обычных катушках разность потенциалов между витками или спиралями очень маленькая, поэтому пока они во взаимодействии с конденсаторами, они несут очень небольшую ёмкость и взаимоотношения между самоиндукцией и ёмкостью не такие, как при обычном состоянии, удовлетворяющем рассмотренным требованиям где ёмкость очень мала относительно самоиндукции.

Для достижения цели увеличения ёмкости любой катушки, я наматываю её таким образом, чтобы обеспечить наибольшую разность потенциалов между соседними витками, а поскольку энергия хранящаяся в катушке (считаем, как в конденсаторе) пропорциональна квадрату разности потенциалов между витками, то становится понятно, что я могу таким образом, посредством определённого расположения витков, достичь увеличение ёмкости.

Я изобразил в приложении чертёж, в соответствии с которым осуществил это изобретение.

Рис.1 — схема катушки, намотанной обычным способом. Рис.2 — схема катушки намотанной согласно изобретения.

Пусть -А- на Рис.1 обозначает любую катушку спиралей или витков, из которых она намотана и которые изолированы друг от друга. Предположим, что концы этой катушки показывают разность потенциалов 100 В и что она содержит 1000 витков. Тогда очевидно, что существует разность потенциалов в одну десятую вольта между двумя любыми смежными точками на соседних витках.

Если теперь, как показано на Рис. 2, проводник -В- намотан параллельно проводнику -А- и изолирован от него, а конец -А- будет соединён с началом проводника -В-, тогда длина собранных вместе проводников будет такая же и число витков тоже самое (1000). И тогда разность потенциалов между любыми двумя точками проводников -А- и -В- будет 50 В, а т.к. ёмкостный эффект пропорционален квадрату этой разности, то энергия скопившаяся в катушке будет теперь в 250000 раз больше !

Следуя этому принципу теперь я могу намотать любое количество катушек, не только описанным выше путём, но любым другим известным способом но так, чтобы обеспечить такую разность потенциалов между соседними витками, которая обеспечит необходимую ёмкость чтобы нейтрализовать самоиндукцию для любого тока, который может иметь место. Емкость полученная таким образом имеет дополнительное преимущество в том, что распределяется равномерно, что является наиболее важным в большинстве случаев. И как результат, оба параметра, — эффективность и экономия, легче достигаются тогда, если размер катушек, разность потенциалов и частота тока увеличиваются.

Катушки, состоящие из проводников в изоляторе и намотанные виток к витку и соединённые последовательно не являются новыми, и я не уделяю особого внимания для их описания. Однако, на что я обращаю внимание это то, что намотки другими способами могут привести к другим результатам.

Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая.

Я заявляю в своём изобретении :

1. Катушка для электрического аппарата, состоит из витков, которые образуют часть цепи и между которыми существует разность потенциалов, достаточная для обеспечения ёмкости в катушке способной нейтрализовать самоиндукцию, как было описано.

2. Катушка, состоящая их изолированных проводников, соединённых последовательно имеет такую разность потенциалов, чтобы создать в целой катушке достаточную ёмкость для нейтрализации её самоиндукции.

Каталог статей о Николасе Тесле

Патент US 593138

Электрический трансформатор

Перевод и комментарии (курсивом): Gorlum
Использованы материалы сайта www.matrix.ru.

Ко всем, кого это может коснуться :
Будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин Соединенных Штатов, проживая в Нью-Йорке, изобрел определенные новые и полезные Усовершенствования Электрических Трансформаторов, из которых следующее является спецификацией, описанием рисунков и формулы изобретения.

Представленный аппарат основан на аппаратах, которые я изобрел и использовал с целью производства электрического тока высокого потенциала, трансформаторы или катушки индукции которых хотя и построены на тех же принципах, но в части конструкции являются совершенно непригодными к производству или к практическому использованию, поскольку склонны к саморазрушению и опасны для приближающихся или управляющих ими людей.

Усовершенствование представляет собой новую форму трансформатора или катушки индукции и систему передачи электрической энергии в которой энергия источника поднята ко много более высокому напряжению для передачи по линии чем когда-либо использовано прежде и аппарат построенный в расчёте на производство такого потенциала в то же время безопасен не только в отношении разрушения изоляции но и в эксплуатации. Здесь я предлагаю конструкцию индуктивной катушки или трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки намотаны или устроены таким образом, что витки вторичной обмотки максимально удалены от первичной как склонной к повреждению от высокого напряжения, зажим или точка с высоким потенциалом теперь на большем удалении, и между соседними витками будет наименее возможная разность потенциалов.

Тип катушки в которой присутствуют последние названные характеристики — плоская спираль, и эту форму я в основном использую, первичная обмотка наматывается на внешней стороне вторичной обмотки и ток снимается с центра последней или с внутреннего конца спирали. Я могу отступить от этой формы или изменить её, однако подробности здесь не рассматриваются.

В конструкции моих улучшенных трансформаторов я использую вторичную обмотку длинной приблизительно 1/4 длины волны электрических колебаний в схеме включающей вторичную катушку, рассчитанную на основе скорости распространения электрических колебаний в этой схеме, или, в основном, такой длины, при которой электрический потенциал в точке вторичной обмотки, наиболее удалённой от первичной обмотки, будет максимален. При использовании этих катушек я соединяю один конец вторичной обмотки, или её точку которая близко к первичной обмотке, к земле, и для большей безопасности для людей или других аппаратов я также соединяю её с первичной обмоткой.

В сопровождающих рисунках, Рис.1 — диаграмма, иллюстрирующая схему обмоток и подключения, которые я использую в конструкции своих улучшенных катушек и способ использования их для передачи энергии на большие расстояния. Рис. 2 – вид сбоку, и Рис. 3 вид сбоку и разрез модифицированной катушки сделанной в соответствии с моим изобретением.

Сердечник может быть из магнитного материала, когда это желательно.

«B» — вторичная катушка, намотанная на указанный сердечник, в основном в форме спирали.

«C» — первичная обмотка, которая намотана вокруг и вблизи вторичной обмотки. Один вывод последней размещён в центре спиральной катушки, и от него ток поступает в линию или в другой нагрузке. Другой вывод вторичной обмотки связан с землей и, предпочтительно, также с первичной обмоткой.

Когда два соленоида используются в передающей системе, в которой ток преобразуется в высокое напряжение и затем повторно преобразуется к более низкому потенциалу, приёмный трансформатор сконструирован и подключен таким же образом, как и первый — то есть внутренний или центральный конец той обмотки, что соответствует вторичной обмотке первого трансформатора, будет связан с линией и другой конец подключается земле и местной схеме, или к той обмотке, которая соответствует первичной обмотке первого трансформатора. В этом случае провод линии должен быть протянут таким образом, что бы избежать потерь от тока протекающего от линии к объектам находящимся вблизи от неё и имеющим контакт с землей, например, посредством длинных изоляторов, укрепленных, предпочтительно, на металлических опорах, так, чтобы в случае утечки в линии, ток утечки безопасно замкнулся на землю. На Рис.1, где такое устройство иллюстрировано, генератор « изображён просто как питающий первичную обмотку передающего или повышающего трансформатора, и лампы « и двигатели « демонстрируют связи с соответствующей схемой приёмного или понижающего трансформатора.

Читайте так же:  Статья хулиганство в ук рб

Вместо того чтобы наматывать катушки в форме плоской спирали вторичная обмотка может быть намотана на основании в форме усечённого конуса и первичная обмотка наматывается вокруг неё, в основном, как показано на Рис.2.

Практически для устройств, разработанных для обычного использования, конструкция катушки предпочтительнее по плану иллюстрированному на Рис.3. В этой фигуре «LL» – барабан из изоляционного материала, на который намотана вторичная обмотка — в нашем случае, однако, в двух секциях, таким образом составляя в действительности две вторичных обмотки. Первичная обмотка « — по спирали намотанная вокруг обоих вторичных обмоток «В» плоская полоса.

Внутренние выводы вторичной обмотки выведены через трубки изоляционного материала «М», в то время как другие или внешние выводы связаны с первичной обмоткой.

Длина вторичной катушки B или каждой вторичной катушки, если используются две, как на Рис.3, как говорилось прежде, приблизительно одна четверть длины волны распространяющейся во вторичной схеме вторичной обмотки, рассчитанной из скорости распространения электрической волны непосредственно через катушку и схему, с которой она связана – можно сказать, если скорость с которой ток протекает в схеме, включая соленоид, будет 185000 миль в секунду, то частота 925 колебаний в секунду содержала бы 925 стоячих волн в схеме 185000 миль длиной и каждая волна будет длиной в двести миль. Для такой частоты я должен использовать вторичную обмотку 50 миль длиной, так, чтобы когда на одном выводе электрический потенциал был бы равен нулю, на другом был бы максимум.

Катушки описанные здесь имеют несколько важных преимуществ. Поскольку потенциал увеличивается с числом витков, разность потенциалов между соседними витками будет сравнительно мала, и, следовательно, очень высокое напряжение недостижимое с обычными катушками может быть успешно достигнуто.

Поскольку вторичная обмотка электрически соединена с первичной обмоткой, последняя будет иметь тот же электрический потенциал, как и прилегающие к ней части вторичной обмотки, таким образом не будет тенденции для искр «прыгающих» с первичной обмотки на вторичную и разрушающих изоляцию. Более того, как первичная обмотка, так и вторичная заземлены, а линейный зажим катушки перенесен в удалённую точку аппарата и изолирован от него, опасность разряда через корпус на человека или близко расположенные приборы сведена к минимуму.

Я знаю, что индукционная катушка в форме плоской спирали не нова сама по себе, но я не требую на неё своих прав, но

Вот, что я заявляю в своём изобретении:

1. Трансформатор для производства и преобразования токов высокого напряжения, включающие первичную и вторичную обмотки, один вывод вторичной обмотки, электрически соединён с первичной обмоткой и с землей в то время, когда трансформатор находится в использовании, как сформулировано.

2. Трансформатор для производства и преобразования токов высокого напряжения, включающие первичную и вторичную обмотки, намотанные в форме плоской спирали, конец вторичной обмотки, прилегающий к первичной, электрически соединён с ней и с землёй, в то время, когда трансформатор находится в использовании, как сформулировано.

3. Трансформатор для производства и преобразования токов высокого напряжения, включающего первичную и вторичную обмотки, намотанные в форме спирали, вторичная обмотка находится внутри и окружена первичной, и имеет смежный (близкий к первичной обмотке) вывод, электрически соединённый к тому же и с землей, в то время, когда трансформатор находится в использовании, как сформулировано.

4. Система для преобразования и передачи электрической энергии, в виде комбинации двух трансформаторов, один для повышения, другого для понижения электрического потенциала тока, упомянутые трансформаторы имеют один вывод от более длинной или намотанной тонким проводом катушки и связан с линией, другой вывод, прилегающий к более короткой катушке, электрически соединён к тому же с землей, как сформулировано.

В общем ход мысли Тесла понятен: для получения высокого коэффициента трансформации первичная обмотка должна иметь малое число витков. Но тогда, если вторичная обмотка будет длинным соленоидом, магнитное поле первички не сможет охватить все витки вторички, следовательно вторичка должна быть плоской спиралью и вся помещаться внутри короткой первички. Теперь для увеличения надёжности удоляем высоковольтный конец вторички выдвигая его наружу, получаем конусную катушку, но магнитное поле первички опять не охватывает всех витков L. Тогда появляется первичка в виде широкой ленты, охватывающая всю вторичную обмотку, которую теперь приходится для снижения разности напряжений разбить на две части, но такая конструкция уступает конусной в области особо высоких напряжений, хотя и «пригодна для наибольшего числа обычных применений». Кратность длины вторичной обмотки ¼ волны гарантирует, что наибольшее напряжение всегда будет именно на конце вторичной обмотки (самом удалённом), а не где-то в середине катушки (должна ли вся линия передачи при этом быть кратна целому числу волн?) – дополнительное повышение надёжности (и повышение выходного напряжения).

А что говорит современная наука по поводу конусной катушки и других особенностей конструкции (почему-то обычно считается, что она ничего не говорит)? Обратимся к С.С.Вдовин «Проектирование импульсных трансформаторов».

— «коническая катушка»: значительно, примерно в два раза, позволяет уменьшить индуктивность рассеяния импульсного трансформатора при относительно небольшом увеличении ёмкости обмоток. В отличии от спиральных обмоток площадь изоляции конических не зависит от числа витков, поэтому их применение целесообразно в мощных трансформаторах при высоких напряжениях до нескольких мегавольт. Применяется также обмотка из двух конических катушек, с вводом посередине.

— «первичка с малым числом витков»: с увеличением мощности импульсов приходится уменьшать общую индуктивность трансформаторов (и индуктивность рассеяния), что достигается уменьшением числа витков до минимально возможного (один виток в первичной обмотке) и увеличением длины намотки. При малом числе витков естественно применение однослойных цилиндрических и, предпочтительнее, конических обмоток.
Уменьшение числа витков первичной обмотки приводит к снижению потерь в магнитной системе, улучшению формы импульса и улучшению функциональных показателей импульсного трансформатора.

«Эзотерические» объяснения свойств конической катушки.
Наиболее логичное вытекает из идеи В.А.Ацюковского («Трансформатор Тесла: энергия из эфира») — если магнитное поле создаётся внешней обмоткой, а цепь после создания магнитного поля оборвана, то давление эфира будет загонять магнитное поле во вторичную обмотку, добавляя туда свою энергию. Магнитное поле сжимается в своём объёме.
В этом случае сужающаяся форма конуса вполне логична, она позволяет если не снять с выхода больше энергии, чем со входа, то хотя бы получить высокий КПД всей установки (высокий КПД устройств Тесла – одна из его загадок).

Это предположение находит (или не находит J) подтверждение в таком явлении, как «электрические феи» или «эльфы». Они проявляются в виде вспышек света над грозовыми разрядами и хорошо наблюдаются из космоса, но при определённых условиях можно и с земли – и Тесла мог их видеть!


Любопытна форма этих «фей». По направлению от вспышки молнии они сначала сужаются а затем резко и как бы взрывообразно расширяются (от накопленной в процессе суживания энергии?), — прямо коническая катушка Тесла в работе.

Очевидно, в таком случае размеры катушки должны точно соответствовать мощности первичного импульса, и нужно обладать гением Тесла, чтобы заставить работать в одной конструкции такое количество параметров – частоту, напряжение, длину волны, энергию первичного импульса, длину вторичной обмотки, размеры и форму катушки.